СПОСОБ УСКОРЕННОГО БАТАРЕЙНОГО ФОРМИРОВАНИЯ АККУМУЛЯТОРОВ ПОВЫШЕННЫМ ТОКОМ Российский патент 2006 года по МПК H01M10/44 H02J7/00 

Изобретение относится к электротехнике, к той ее части, которая касается химических источников тока, в частности, способов батарейного формирования свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

Модернизируемый нами тип формирования аккумуляторных батарей (АБ) относится к разряду ускоренных, основанных на использовании больших плотностей тока. Особенности поведения химической системы, взятой для потенциалообразования, на разных стадиях формирования ограничивают максимальный уровень применяемого тока обработки. Во время формирования АБ постепенно снижается ее восприимчивость к зарядному току, которая развивается как следствие ряда противодействующих процессов. К таким процессам относятся: формирование электростатических объемных зарядов, образование на электродах слаборастворимого нейтрального сульфата свинца (PbSO₄) и электролиз воды. Все эти реакции и процессы приводят к формированию газовых и электрических пленочных слоев и зон, блокирующих и тормозящих течение основных реакций. Последствием побочных реакций является газовая, концентрационная и электрическая поляризация, что приводит к дальнейшему избыточному повышению напряжения. Обеднение электролита в приэлектродных слоях и в порах самих электродов действующими компонентами приводит к пассивации электродов, проявляющей себя в дополнительном повышении противоЭДС АБ на величину ЭДС поляризации. При этом растет напряжение на полюсных выводах, складывающееся из собственной ЭДС, ЭДС поляризации и падения напряжения от протекающего тока большой плотности.

Противодействующие процессы никакими средствами не могут быть устранены полностью. Может быть только изменена их интенсивность и доля в общем балансе электрохимических превращений в пересчете на энергетический эквивалент. То есть, процесс формирования может быть только оптимизирован, а не приведен к идеальному виду. Оптимизация процесса формирования только за счет удачно подобранной жесткой программы подвода ступенчатого формировочного тока к настоящему времени практически исчерпала свои возможности. С целью минимизации темпа побочных реакций ведутся поиски универсальных активных факторов в качестве средства прямого воздействия на поляризационные образования. К таким факторам, на которые реагируют одинаковым образом все виды поляризующих процессов, является воздействие на формируемую систему импульсным зарядным током и кратковременными форсированными деполяризующими импульсами разрядного тока.

Обилие и неоднозначность причин, приводящих систему к поляризации, не позволяет установить корректный теоретический ориентир для выбора длительности и амплитуды деполяризующих импульсов. Существует три подхода к решению режимных вопросов: использование сверхкоротких (порядка мс), резонансных (десятки-сотни мс) и длинных (порядка секунд) импульсов.

Кроме этого деполяризующие импульсы по способу их получения подразделяются на два типа: реверсные и разрядные. Первые из них - это вынужденные импульсы, сформированные за счет изменения режима работы источника питания. Вторые - это импульсы, созданные за счет кратковременного закорачивания внешней цепи АБ на сопротивлении. Первые могут быть в основном технологическими, вторые же (при достаточной длительности) дают также информацию о текущем состоянии химической системы.

От выбора типа и точного параметрического оформления применяемых деполяризующих импульсов зависит эффективность процесса формирования АБ (энергозатраты, скорость обработки, качество изделий). На практике используют все типы импульсных воздействий. Выбор зависит только от преследуемых целей или от технологических предпочтений.

Деполяризующие импульсы тока подают либо по заранее составленной временной программе, либо в функции состояния заряжаемых АБ (напряжение, скорость газовыделения, нагрев, давление газов, плотность электролита и т.п.). Протокол формирования, претендующий на учет всех особенностей процесса, разделяет его на несколько этапов, поскольку не может быть задан обобщенный режим для всего времени обработки. Для оптимизации режима каждого этапа, для максимально точной привязки внешних воздействий к параметрам процессов, протекающих на данной стадии, необходима точная информация о текущем состоянии химической системы. Обычно информацию получают в опоре на динамику выделенного параметра процесса (емкость, активное сопротивление, ЭДС поляризации и т.п.). Но информативными являются не только прямые измерения интенсивностей параметров, но и косвенные тесты с помощью импульсов реверсного или разрядного тока. Обратные (по отношению к зарядному току) импульсы различных типов с различной степенью полноты связаны с состоянием пасты активного слоя. Привязка к наиболее информативному типу импульса может снабдить операторов объективными и своевременными ориентирами, которые послужат сигналом к обоснованному изменению режима обработки и мониторинга, к переходу от этапа к этапу. Поэтому выбор типа импульса (по способу получения, длительности и амплитуде) представляет проблему, увязанную с общей проблемой оптимизации формирования.

Обзор патентной литературы по данным проблемам содержит множество рекомендаций по увеличению эффективности формирования и заряда АБ. Почти все они касаются методов уменьшения интенсивности поляризующих реакций и разрушения нежелательного равновесия системы с блокирующими слоями, а также способов получения оперативной информации о состоянии активного слоя электродов. Подчеркнем еще раз: перечисленные проблемы многократно усложняются и становятся центральными именно при ускоренных технологиях формирования с большими плотностями токов обработки.

Известны способы формирования большими токами (Патент №5307000 США, МКИ H 02 J 7/10. Podrazhansky Y., Popp Ph.W. Опубл. 04.1994.), в которых заряд проводится импульсным током с постоянной амплитудой, а для деполяризации используются сверхкороткие реверсные импульсы, посылаемые в паузах между зарядными импульсами. Они снимают ЭДС поляризации, не уменьшая основного запасенного заряда. Разряд, производимый импульсами нефарадеевского тока, убирает только электростатический объемный заряд, тормозя поляризацию, но не разрушает саму газовую рубашку. Кроме того, амплитуда импульсов произвольна, подобрана за счет параметров источника питания и годится только для получения данных о степени поляризации электродов. Такие импульсы имеют преимущественно технологический эффект и не могут быть использованы для получения достоверных данных о состоянии глубоких слоев активной массы электродов.

Известны также способы формирования импульсным током с постоянной сглаженной амплитудой с использованием для деполяризации импульсов резонансной частоты (А.с. СССР №851569, Н 01 М 10/44. Способ заряда аккумуляторной батареи. В.Н.Филатов. Опубл. 30.07.81, бюл. №28 или а.с. СССР №841073, Н 01 М 10/44. Способ формовки и заряда аккумуляторной батареи. В.Н.Филатов. Опубл. 23.06.81, бюл. №23). Они имеют длительность, связанную с частотными характеристиками АБ, и обоснованы методом редукции сложной системы к уровню простого двухполюсного электротехнического устройства. Подобное упрощение имеет под собой почву, но не включает в круг детерминирующих факторов центральные процессы: электрохимические реакции фазовых превращений, которые имеют специфические характеристики. Импульсы этого типа могут давать информацию о химической системе, но только если это разрядные импульсы, а не реверсные.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ ускоренного батарейного формирования свинцово-кислотных аккумуляторных батарей повышенным током (Патент 40509А Украiна, МПК⁷ Н 01 М 4/22. Спосiб батарейного формування з водяним охолодженням свинцево-кислотних акумуляторних батарей. В.О.Дзензерський та iнш. Опубл. 16.07.2001, бюл. №6), который проводится при водяном охлаждении аккумуляторов и состоит в том, что аккумуляторные батареи заливают электролитом, собирают в группы, устанавливают в резервуары, которые заполняют жидкостью для охлаждения, и после отстаивания формируют постоянным и/или импульсным током. Подведение тока проводят в четыре этапа. На первом этапе сначала через батареи на протяжении 5-20 мин пропускают ток, который не превышает 0,02 от номинальной емкости C_H аккумуляторной батареи, а потом на протяжении 0,3-1,5 ч величину тока повышают до 0,3-0,7C_H. На втором этапе через батареи на протяжении 0,5-3 ч пропускают ток величиной 0,3-0,7C_H. На третьем этапе на протяжении 0,5-2 часов величину тока снижают до 0,1-0,2C_H. На последнем, четвертом этапе на протяжении 5-10 ч проводят деформирование током, величина которого не выходит за пределы интервала 0,1-0,2C_H.

К недостаткам данного способа формирования можно отнести то, что обработку проводят преимущественно импульсным током, особенно на участках подачи максимального тока, используя для деполяризации только паузы между импульсами, реализуя только эффекты пульсации основного тока. Во время пауз избыточный потенциал действительно снижается и происходит частичная депрессия общего сопротивления, но этого недостаточно для свободного манипулирования величиной тока и не позволяет достаточно сократить время обработки. Формирование идет "вслепую", без оперативной информации о состоянии активного слоя электродов на каждом этапе, жестко по программе, созданной на основе экспериментальной статистики, и потому не позволяет сократить продолжительность этапов, в зависимости от достигнутой степени сформированности электродов.

В основу изобретения поставлена задача сокращения длительности формирования, экономии электроэнергии, повышения электрических характеристик и продления срока службы аккумуляторных батарей за счет оптимизации процесса формирования активного вещества положительных и отрицательных электродов большими токами путем введения новых действующих факторов, а также на основе возможности оперативного управления длительностью всех этапов формирования, с использованием информации о состоянии активного слоя, получаемой с помощью этих факторов.

Поставленная задача решается тем, что в способе ускоренного батарейного формирования аккумуляторов повышенным током, который состоит в том, что аккумуляторные батареи заливают электролитом, собирают в группы, устанавливают в резервуары, заполняемые жидкостью для охлаждения, и после отстаивания проводят многоэтапное формирование постоянным и/или импульсным током, согласно изобретению обработку осуществляют в пять этапов, причем на первом этапе через батареи в течение 10-60 мин пропускают постоянный формировочный ток величиной 0,002-0,03C_H, направление которого обратно нормальному, на втором этапе направление тока изменяют на нормальное и на протяжении 10-60 мин ток удерживают в пределах 0,002-0,03C_H, на третьем этапе в течение 0,3-1,5 ч проводят формирование импульсным знакопеременным током с длительностью зарядных импульсов 100-300 с и длительностью разрядных импульсов 10-20 с, причем амплитуду зарядных импульсов увеличивают до 0,3-0,7C_H, на четвертом этапе формирование проводят в течение 1-3 ч импульсным знакопеременным током с той же длительностью зарядных и разрядных импульсов, с постоянной амплитудой зарядных импульсов, лежащей в пределах 0,3-0,7C_H, на пятом этапе формирование проводят импульсным знакопеременным током с той же длительностью зарядных и разрядных импульсов, причем амплитуду зарядных импульсов уменьшают до 0,15-0,4C_H, а оперативное управление длительностью третьего-пятого этапов формирования осуществляют путем использования в качестве тестовых разрядных импульсов, создаваемых за счет разряда аккумуляторов на эталонном сопротивлении, и сравнивая их амплитуду с экспериментальными нормированными амплитудами для каждого этапа.

Сделаем подробные комментарии к ходу и обстоятельствам каждого цикла в отдельности, для выяснения смысла примененных технологических новшеств.

До начала формирования при нулевом токе АБ заливают электролитом и выдерживают для пропитки пластин электролитом в течение времени, которое устанавливается в технологической документации и обычно находится в пределах 2-4 ч. Продолжительность пропитки существенно влияет на дальнейший ход обработки, поскольку она сопровождается реакциями образования исходных сульфатов. При этом наблюдается пиковый рост температуры электролита в начальной фазе процесса. За время пропитки температура (за счет внешнего охлаждения) успевает упасть ниже критической (60°С).

На первом этапе формирования через АБ пропускают постоянный формировочный ток величиной 0,002-0,03C_H, направление которого обратно нормальному. Длительность обработки составляет 10-60 мин. Дополнительная обработка положительного электрода током обратной полярности приводит к тому, что в пасте частично образуются свинец и крупнокристаллический сульфат свинца, а это обеспечивает повышение механической прочности пасты при последующем формировании и в процессе эксплуатации. В результате увеличивается срок службы аккумуляторов. Уменьшение продолжительности первого этапа ниже 10 мин или величины тока ниже 0,002C_H делает такую обработку неэффективной. Увеличение продолжительности первого этапа выше 60 мин ведет к излишнему увеличению энергозатрат и удлинению процесса формирования, не повышая прочности положительной активной массы. Ток, превышающий значение 0,03C_H, создает опасность газовой поляризации и ухудшает восприимчивость АБ к току.

На втором этапе проводят подготовку системы к приему тока, для чего направление тока изменяют на нормальное. На протяжении 10-60 мин ток удерживают в пределах 0,002-0,03C_H. Если продолжительность второго этапа меньше 10 мин или величина тока превышает значение 0,03C_H, может резко возрасти напряжение на АБ на втором или на следующем этапе, вследствие чего становится возможной газовая поляризация. При таких условиях на поверхности электродов формируются барьерные газонасыщенные прослойки, которые усложняют дальнейшее формирование АБ, уменьшая их восприимчивость к току. Затягивание времени второго этапа (более 60 мин) и снижение величины тока менее 0,002C_H нецелесообразно, так как приводят к неоправданному удлинению процесса формирования.

На третьем этапе в течение 0,3-1,5 ч проводят формирование импульсным знакопеременным током, увеличивая амплитуду импульсов за время этапа до 0,3-0,7C_H. Длительность импульсов зарядного тока устанавливают в пределе 100-300 с. Импульсы зарядного тока чередуют импульсами разрядного тока длительностью 10-20 с. Повышение амплитуды зарядных импульсов до 0,3-0,7 С_H не может быть проведено быстрее, чем за 0,3 ч, так как это может привести к образованию на поверхности электродов барьерных газонасыщенных прослоек, усложняющих дальнейшее формирование АБ. Третий этап нецелесообразно увеличивать за 1,5-часовую отметку. Длительности зарядных и разрядных импульсов взаимосвязаны. Увеличение длительности зарядных импульсов выше 300 с и уменьшение длительности разрядных ниже 10 с заметно уменьшает деполяризующий эффект импульсного тока, приводя к росту поляризации и увеличению газовыделения. Уменьшение длительности зарядных импульсов менее 100 с и увеличение длительности разрядных более 20 с приводит к уменьшению средней величины формирующего тока, что удлиняет процесс формирования. Кроме того, эти общие соображения дополняются следующими важными конкретными особенностями.

Разряды АБ проводят на постоянном безъиндуктивном эталонном сопротивлении, величину которого подбирают так, чтобы амплитуда разрядных импульсов (при их длительности 10-20 с) возрастала к концу всего процесса формирования (пятого этапа обработки) и достигала величины в пределах 0,3-0,7C_H. Соблюдение условий, удерживающих амплитуду импульсов разрядного тока в пределах 0,3-0,7C_H, обеспечивает соизмеримость величин зарядного и разрядного токов в течение всего процесса формирования, следовательно, позволяет определять их с одинаковой точностью. Разрядные импульсы дают возможность получить информацию об эффективности формирования. Информативность этой процедуры касается реакций превращения электродной пасты в PbO₂ на положительном электроде и в Pb - на отрицательном и основана на том, что величина тока на нагрузке пропорциональна массам продуктов выхода указанных реакций. Потому разрядные импульсы более информативны, чем реверсные. Сверхкороткие (порядка мс) разрядные импульсы не выводят химическую систему электродов из текущего равновесного состояния, поскольку их действие касается только поверхностных слоев. Периодически сбрасываемая ЭДС поляризации неинформативна, так как каждым последующим импульсом мы стираем предыдущую информацию об изменениях. Применяемые нами импульсы большой длительности (10-20 с) действуют на всю активную массу, вовлекая в процесс самые глубокие слои, закрытые пассивными зонами. Это происходит потому, что продолжительность таких длинных разрядных импульсов превосходит продолжительность переходных процессов, которые возбуждаются в системе в связи с коренным изменением электрической ситуации. Последствия такого переключения, во время которого электрохимические процессы меняют свою направленность, разрушаются связи между фазами и т.п., существенно глубже. При этом термодинамическое равновесие поляризующих состояний нарушается не механическими или электрическими ударами (как это происходит при сверхкоротких импульсах), а коренным изменением условий, которые продуцировали причины их формирования. Кислород выделяется на положительном, а водород - на отрицательном электроде и удерживаются на них в виде газонасышенных слоев. Импульсное изменение знака потенциалов и режима (от накопления тока к его отдаче) кардинально нарушает сложившееся равновесие. Это ведет к эффективному разрушению поляризующих слоев. За время действия длинного импульса успевает пойти массоперенос, постепенно производя диффузионное выравнивание плотности и состава электролита в порах пасты. Таким образом, длинные разрядные импульсы оказывают деполяризующее действие. Причем это действие эффективно по отношению к трем видам поляризации: газовой, концентрационной и электростатической. И хотя для получения сведений с помощью частичного разряда АБ приходится жертвовать накопленной энергией, все же достоверность получаемых сведений того стоит. Такой тест имеет все признаки "пробы", несущей на себе следы качества процесса, а не артефакта (то есть события, не имеющего сущностной связи с процессом, а лишь сопутствующего ему). Длинные разрядные импульсы, следуя в паузах между формирующими, не коррелируют с частотными характеристиками АБ, вернее, не зависимы от них (как это имеет место при резонансных импульсах, порядка десятков-сотен мс). Поэтому они свободны от искажающего влияния таких эффектов периодических процессов, как резонанс, интерференция и др.

Все перечисленные доводы дали возможность выработать тип и точное параметрическое оформление для деполяризующих импульсов.

На четвертом этапе в течение 1-3 ч проводят формирование импульсным знакопеременным током, не изменяя его характера: длительность зарядных и разрядных импульсов оставляют без изменения, амплитуду зарядных импульсов удерживают постоянной в пределах 0,3-0,7C_H, так как интенсивность реакций (в том числе и поляризующих) увеличивается. Амплитуда импульсов разрядного тока сама возрастает за время этапа. Если амплитуда зарядного тока превышает 0,7C_H, во-первых, создается опасность ухудшения процесса формирования, причиной которого является повышение напряжения на АБ, оказывающего содействие прохождению посторонних реакций с газовыделением и образованием барьерных прослоек на поверхности электродов. Во-вторых, при амплитуде зарядного тока выше 0,7C_H значительно повышается температура электролита, которая может превысить предельно допустимую (60°С). Если амплитуда зарядного тока меньше, чем 0,3C_H, во-первых, на положительном электроде вместо энергоемкой модификации β-PbO₂ формируется малоактивная модификация α-PbO₂, что приводит к потере емкости АБ. Во-вторых, резко повышается время, необходимое для формирования АБ, что также отрицательно влияет на экономические показатели процесса. Если продолжительность четвертого этапа меньше 1 ч, то не обеспечивается в полном объеме подведение основного формирующего заряда, а если продолжительность этапа больше чем 3 ч, то процесс формирования имеет те самые недостатки, что и при применение амплитуды зарядного тока, превышающей значение 0,7C_H. Длительности импульсов зарядного и разрядного тока обоснованы такими же соображениями, что и на предыдущем этапе.

На пятом этапе проводят формирование импульсным знакопеременным током, не изменяя его характера: длительность зарядных и разрядных импульсов оставляют без изменения, амплитуду зарядных уменьшают до 0,15-0,4C_H, в то время как амплитуда разрядных импульсов возрастает и достигает к концу этого этапа обработки максимального значения в пределах 0,3-0,7C_H. На этом этапе обеспечивается окончательное деформирование АБ. Вследствие увеличения в пасте количества слаборастворимого нейтрального сульфата свинца PbSO₄ происходит резкий рост сопротивления АБ, приводящий к пропорциональному росту потенциала, который стимулирует электролиз воды, то есть - интенсивное газовыделение. Поляризация заметно возрастает и начинает играть роль детерминатора формирующего тока. Поэтому дальнейшую обработку вынуждены вести при существенно сниженной амплитуде (0,15-0,4C_H) зарядных импульсов, хотя характер тока обработки не меняется по сравнению с третьим-четвертым этапами. Амплитуда зарядного тока, превышающая 0,4C_H, на пятом этапе приводит к значительному газовыделению и повышению температуры, которые в свою очередь осложняет процесс формирования и способствует разрушению электродов. Если амплитуда зарядного тока меньше, чем 0,15C_H, процесс деформирования длится очень медленно, что приводит к значительному удлинению всего процесса формирования.

Выбор длительностей зарядных и разрядных импульсов на пятом этапе обоснован теми же соображениями, что и на предыдущих третьем-четвертом этапах. Разрядные импульсы на этом этапе имеют плавно изменяющуюся амплитуду, величина которой растет по мере углубления процесса формирования и выходит в конце на предельное значение (0,3-0,7C_H). Причем амплитуда не задана программой, а только нормирована величиной нагрузки (постоянного безъиндуктивного эталонного сопротивления), на которую производится пассивный разряд АБ.

В заявленном решении совмещено деполяризующее действие разрядных импульсов тока с их информационной нагруженностью. Разрядные импульсы используются в качестве тестовых. Информацию о состоянии активного слоя электродов получают с помощью разрядных импульсов, начиная с третьего этапа и до конца формирования, исходя из того, что величина тока на нагрузке пропорциональна массам продуктов выхода основных реакций формирования. Поэтому амплитуда разрядных импульсов, начиная с третьего этапа формирования, в среднем возрастает. Сравнивая амплитуду разрядных импульсов на этих этапах с экспериментальными нормированными ее значениями для конца каждого этапа формирования, определяют момент перехода на следующий этап. Переход на следующий этап осуществляют в момент, когда разность амплитуды разрядного импульса и экспериментально нормированного ее значения становится либо равной нулю либо меньше нуля, но в пределах программы формирования, указанной в формуле изобретения. Особенно важной является информация, по которой определяют момент окончания формирования, поскольку таким образом удается избежать перезаряда АБ, приводящего к значительному перерасходу электроэнергии и ухудшающего технические характеристики АБ. Обработку заканчивают тогда, когда разность амплитуды разрядного импульса и экспериментально нормированного ее значения для конца обработки становится либо равной нулю либо меньше нуля.

Подачу формировочного тока, в том числе операции перехода на следующий этап формирования и окончания формирования по критерию сравнения амплитуд разрядных импульсов нетрудно реализовать, задав соответствующую программу в управляющей ЭВМ.

Нормированные значения амплитуд разрядных импульсов получают предварительно путем обработки экспериментальной статистики для каждого типа аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

Таким образом, заявляемый способ ускоренного формирования аккумуляторов повышенным током обеспечивает оптимальный режим батарейного формирования за короткий срок, уменьшает поляризацию электродов в процессе формирования и их перезаряд, повышает содержание энергоемкой модификации β-PbO₂ в активной массе положительных электродов, а также повышает прочность активной массы. Это позволяет уменьшить газовыделение и затраты электроэнергии в процессе формирования, улучшить стартерные характеристики АБ во время холодного старта, продлить срок службы батарей.

По имеющимся у авторов сведениям предложенные существенные признаки, характеризующие суть изобретения, не известны в данном разделе техники.

Предложенное техническое решение может быть использовано на предприятиях по изготовлению аккумуляторных батарей, в частности - свинцово-кислотных типов.

Критерий "промышленное применение" подтверждается актуальностью способа и его практичною привязкою к реальным производственным технологиям.

На чертеже изображена схема токовой программы формирования во временной развертке.

Заявляемый способ ускоренного батарейного формирования осуществляется следующим образом. Собранные АБ после заливки в них электролита собирают в группы и размещают в резервуарах - формировочных ваннах. Ванны заполняют водой до уровня электролита в аккумуляторах. После отстаивания (О) в течение времени, указанного в технологической документации, для пропитки и релаксации температуры (температура электролита в начальных фазах пропитки резко возрастает) АБ в группах соединяют в электрические цепи последовательно и каждую группу подключают к источнику тока. Источник тока должен обеспечивать генерирование прямоугольных регулируемых зарядных импульсов большой длительности (до 300 с) и регулируемой амплитуды (до 60 А), а также иметь разрядный блок, снабженный постоянным безъиндуктивным эталонным сопротивлением, нормированным по условиям проведения процесса и типоразмеру обрабатываемых изделий, обеспечивающий прямоугольные регулируемые разрядные импульсы необходимой длительности (в диапазоне 10-20 с). Управление формированием должно быть автоматизировано и осуществляться с помощью ЭВМ, но допускать и ручной режим на всех этапах. Стабилизация температуры осуществляется за счет теплообмена через стенки корпусов АБ с водой, циркулирующей в формировочных ваннах. Водообмен должен быть регулируемым.

Далее начинается собственно формирование. На первом этапе (I) через батареи в течение 10-60 мин пропускают постоянный формировочный ток величиной 0,002-0,03C_H, направление которого обратно нормальному. На втором этапе (II) направление тока скачком изменяют на нормальное и на протяжении 10-60 мин ток удерживают в пределах 0,002-0,03C_H. На третьем этапе (III) в течение 0,3-1,5 ч проводят формирование импульсным знакопеременным током, причем импульсы зарядного тока длительностью 100-300 с чередуют импульсами разрядного тока длительностью 10-20 с. Амплитуду импульсов зарядного тока ступенчато или плавно увеличивают до 0,3-0,7С_H. Амплитуда импульсов разрядного тока спонтанно возрастает за время этапа. Переход на следующий этап осуществляют в момент, когда разность амплитуды разрядного импульса и экспериментально нормированного ее значения I₃ для конца третьего этапа становится либо равной нулю либо меньше нуля, но так, чтобы длительность третьего этапа оставалась в пределах 0,3-1,5 ч. В течение всего этапа формирования проводят постоянный контроль температурного режима и, в случае необходимости, оперативную его коррекцию. Коррекция может быть выполнена двумя способами: снижением амплитуды зарядного тока (в пределах программы формирования, указанной в формуле изобретения) и/или путем увеличения расхода хладагента, применяемого для охлаждения аккумуляторных батарей.

На четвертом этапе (IV) в течение 1-3 ч проводят формирование импульсным знакопеременным током, оставляя без изменения длительности зарядных и разрядных импульсов. Амплитуду импульсов зарядного тока удерживают постоянной на уровне 0,3-0,7С_H. Амплитуда импульсов разрядного тока возрастает за время этапа. Переход на пятый этап осуществляют в момент, когда разность амплитуды разрядного импульса и экспериментально нормированного ее значения I₄ для конца четвертого этапа становится либо равной либо меньше нуля, но так, чтобы длительность четвертого этапа оставалась в пределах 1-3 ч. В течение всего этапа формирования проводят постоянный контроль температурного режима и, при необходимости, оперативную его коррекцию, как описано выше.

На пятом этапе (V) длительности зарядных и разрядных импульсов оставляют без изменения. Амплитуду зарядных импульсов ступенчато или плавно уменьшают до 0,15-0,4С_H, в то время как амплитуда разрядных импульсов продолжает расти и достигает к концу этого этапа обработки максимального значения 0,3-0,7С_H. Окончание процесса формирования осуществляют в момент, когда разность амплитуды разрядного импульса и экспериментально нормированного ее значения I_K для конца обработки становится либо равной нулю либо меньше нуля. Постоянный контроль температурного режима и, при необходимости, оперативная его коррекция проводятся также в течение всего этапа.

Мониторинг с помощью разрядных импульсов дает точную информацию о текущем состоянии химической системы и дает возможность своевременно окончить формирование. Амплитуду разрядных импульсов следует измерять в конце разрядного импульса, например в последние 2-3 с разряда.

Заводские испытания заявленного способа ускоренного батарейного формирования дали следующую статистическую картину по основным полезным эффектам:

1) длительность всего процесса формирования сокращается в 1,5 раза (до 8-10 ч);

2) установлена заметная экономия электроэнергии (до 20-25%), которая обусловлена как сокращением времени обработки, так и уменьшением ее расхода на электролиз воды и газовыделение;

3) повышаются стартерные характеристики АБ во время холодного старта (длительность разряда увеличивается на 10-15%);

4) продлевается срок службы АБ.

Область применения: техническая электрохимия и электротехника, в частности, производство свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Сущность изобретения: Способ ускоренного батарейного формирования аккумуляторов повышенным током состоит в том, что аккумуляторные батареи заливают электролитом, собирают в группы, устанавливают в резервуары, заполняемые жидкостью для охлаждения, и после отстаивания проводят многоэтапное формирование постоянным и/или импульсным током. Обработку осуществляют в пять этапов, причем на первом этапе через батареи в течение 10-60 мин пропускают постоянный формировочный ток величиной 0,002-0,03C_H, направление которого обратно нормальному, на втором этапе направление тока изменяют на нормальное и на протяжении 10-60 мин ток удерживают в пределах 0,002-0,03C_H, на третьем этапе в течение 0,3-1,5 ч проводят формирование импульсным знакопеременным током с длительностью зарядных импульсов 100-300 с и длительностью разрядных импульсов 10-20 с, причем амплитуду зарядных импульсов увеличивают до 0,3-0,7C_H, на четвертом этапе формирование проводят в течение 1-3 ч импульсным знакопеременным током с той же длительностью зарядных и разрядных импульсов, с постоянной амплитудой зарядных импульсов, лежащей в пределах 0,3-0,7C_H, на пятом этапе формирование проводят импульсным знакопеременным током с той же длительностью зарядных и разрядных импульсов, причем амплитуду зарядных импульсов уменьшают до 0,15-0,4C_H, а оперативное управление длительностью третьего-пятого этапов формирования осуществляют путем использования в качестве тестовых разрядных импульсов, создаваемых за счет разряда аккумуляторов на эталонном сопротивлении, и сравнивая их амплитуду с экспериментальными нормированными амплитудами для каждого этапа. Технический результат: обеспечивается оптимальный режим батарейного формирования свинцово-кислотных аккумуляторов большим током за короткий срок, уменьшается поляризация электродов в процессе формирования и их перезаряд, повышается содержание энергоемкой модификации β-PbO₂ в активной массе положительных электродов, повышается прочность активной массы. Потребительские свойства: уменьшаются газовыделение и затраты электроэнергии в процессе формирования, улучшаются стартерные характеристики аккумуляторных батарей во время холодного старта, продлевается срок службы батарей. 1 ил.

Способ ускоренного батарейного формирования аккумуляторов повышенным током, который состоит в том, что аккумуляторные батареи заливают электролитом, собирают в группы, устанавливают в резервуары, заполняемые жидкостью для охлаждения, и после отстаивания проводят многоэтапное формирование постоянным и/или импульсным током, отличающийся тем, что обработку осуществляют в пять этапов, причем на первом этапе через батареи в течение 10-60 мин пропускают постоянный формировочный ток величиной 0,002-0,03C_H, направление которого обратно нормальному, на втором этапе направление тока изменяют на нормальное и на протяжении 10-60 мин ток удерживают в пределах 0,002-0,03C_H, на третьем этапе в течение 0,3-1,5 ч проводят формирование импульсным знакопеременным током с длительностью зарядных импульсов 100-300 с и длительностью разрядных импульсов 10-20 с, причем амплитуду зарядных импульсов увеличивают до 0,3-0,7C_H, на четвертом этапе формирование проводят в течение 1-3 ч импульсным знакопеременным током с той же длительностью зарядных и разрядных импульсов, с постоянной амплитудой зарядных импульсов, лежащей в пределах 0,3-0,7C_H, на пятом этапе формирование проводят импульсным знакопеременным током с той же длительностью зарядных и разрядных импульсов, причем амплитуду зарядных импульсов уменьшают до 0,15-0,4C_H, а оперативное управление длительностью третьего-пятого этапов формирования осуществляют путем использования в качестве тестовых разрядных импульсов, создаваемых за счет разряда аккумуляторов на эталонном сопротивлении, и сравнения их амплитуд с экспериментальными нормированными амплитудами разрядных импульсов для каждого этапа, причем переход с третьего на четвертый этап осуществляют в момент, когда разность между амплитудой разрядного импульса и экспериментальным нормированным ее значением для конца третьего этапа становится либо равной нулю либо меньше нуля, но так, чтобы длительность третьего этапа оставалась в пределах 0,3-1,5 ч, переход с четвертого на пятый этап осуществляют в момент, когда разность между амплитудой разрядного импульса и экспериментальным нормированным ее значением для конца четвертого этапа становится либо равной нулю либо меньше нуля, но так, чтобы длительность четвертого этапа оставалась в пределах 1-3 ч, окончание процесса формирования осуществляют в момент, когда разность между амплитудой разрядного импульса и экспериментальным нормированным ее значением для конца обработки становится либо равной нулю либо меньше нуля.